第2章影像获取

1、第二章 影像获取2.1 航空影像获取2.2 遥感影像2.1 航空影像获取一、摄影原理小孔成像原理摄影物镜摄影物镜镜箱镜箱暗箱暗箱摄影成果：负片与正片二、航空摄影机 航空摄影机还有座架及各种控制系统设备、压平装置、有的还包括像移补偿器等1.摄影物镜主光轴主光轴：组成物镜的各个透镜的光学中心位于同一条直线 上，称其为物镜的主光轴。 主平面主平面：其中Q、Q为主平面，可用在作图时用它来代替物 镜实体； 摄影物镜起成像和聚光的作用，由多个透镜组合而成，借以消除或减小像差。物方空间和像方空间：物方主点和像方主点：主光轴与主平面的交点称 为主点。物方焦点和像方焦点：平行于光轴的投影光线经物 镜折射后与光轴

2、的交点，物方焦距和像方焦距：主点到焦点的距离称为焦距物方节点（前方节点）与像方节点（后方节点） 在相同的介质中，通过节点的共轭光线，正好通过物镜主点，称这个投射光线为某一物点的主光线。两节点的距离很小，通常把它们看作一个点。3.物镜的光圈与光圈号数 为什么要设置光圈？ 光圈的作用：调节物镜使用面积的大小； 控制和调节进入物镜的光量。FdD1112.2.物镜的成像公式 2FXx有效孔径：控制光束柱面积的真实光圈孔径用d表示 。相对孔径：有效孔径与物镜焦距f之比 ，即d/f 。构像的亮度与相对孔径的平方成正比。光圈号数：光圈号数：相对孔径的倒数，K=/ 焦面上影像的亮度与光圈号数的平方成反比。曝光

3、量H=Et212221KKEE22121KKtt4.景深与无穷远起点 景深是指摄影对光调焦于D时远景点M与近景点N之间的纵深间距。 当物镜对光于无穷远，像面位于焦面处，这时在焦面上能构成清晰影像的最近物距称无穷远起点。 242)(2KDFFDKFDl景深与焦距成反比:焦距长，景深小，焦距短，景深大；l景深与物距成正比；景物远，景深大，景物近，景深小；l与光圈号数正比；光圈号数大景深大；光圈号数小景深小。景深小景深大5.摄影机快门 快门从打开到关闭所经历的时间称为曝光时间，或称快门速度。 快门中心快门：快门打开后，感光材料满幅同时曝光焦面快门：感光材料各部分的曝光量相同B门、T门视场：光线通过物

4、镜后，焦面上照度不均匀的光亮圆像场：物镜焦面上中央成像清晰的范围。视场角：物镜后节点向视场边缘射出的光线所张开的 角度像场角：物镜后节点向像场边缘射出的光线所张开的 角度6.视场、像场、视场角、像场角 fltg22航摄仪主距、像幅及像场角三者之间的关系为：像场角影响到像幅的大小和所摄地区的面积。航摄仪的分类2摄影机分类焦距（mm）像场角短焦距摄影机100度（特宽）中焦距摄影机150-30070-100（宽角）长焦距摄影机300=70（常角）三、摄影机的种类量测摄影机的特征如下： 1）像距是一个固定值2）量测用摄影机承片框上具有框标量测用摄影机和非量测摄影机1. 量测用摄影机框标（fiducia

5、l mark)a.类型l 边框标：位于像幅四边中心l 角框标：位于像幅四角框标在航片上的位置具有边框标的航片具有边、角框标的航片航片上框标的形状b.框标的形状机械框标（或边框标）xyo光学框标（或角框标）xyoc.框标的作用l 建立框标坐标系l 用于改正底片变形l 用于确定扫描坐标系与像平面坐标系的关系x建立框标坐标系y摄影机轴摄影机轴：从航空摄影机物镜的后节点作像片平面的垂线称为摄影机轴 。像主点像主点：摄影机轴与像平面的交点。摄影机主距（像片主距）摄影机主距（像片主距）：摄影机物镜后节点到像主点的垂距，基本上等于物镜焦距。一般用f表示。 3).量测用摄影机的内方位元素是已知的sfxyabx

6、yo内方位元素的作用：它能唯一确定物镜后节点在框标坐标系中的唯一位置。当像片内方位元素已知后，就可确定摄影物镜的位置，同时可确定摄影时的光束。 摄影机的内方位元素（像片的内方位元素）：描述摄影中心与像片之间位置关系的参数。包括像片主距f和像主点在框标坐标系中的坐标 （x0、y0）。sfxyab 与量测摄影机相比，非量测摄影机没有框标标志，物镜畸变差较大。2. 非量测摄影机 遥感技术是20世纪60年代发展起来的一门综合性探测技术。 遥感技术与现代物理学、空间技术、计算机技术、数学和地理学密切相关。 遥感技术已广泛应用于各种领域，成为地球环境资源的调查和规划不可缺少的有效手段。2.2 遥感影像一、

7、遥感基本概念广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。遥感定义：通过某种传感器装置，在不与被研究对象直接接触的情况下，获取其特征信息（一般是电磁波），并对信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学与技术。接收预处理用户应用处理分析结果、图表输出遥感数据获取原理二、遥感技术系统的组成1.空间信息获取系统 遥感平台、遥感器等2.地面接收和预处理系统l 地面数据接收和记录系统l 图像数据处理系统3.信息分析应用系统遥感平台遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为：l 近地平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。l 航空平台：80 km以下的平台，包括飞机和

8、气球。 l 航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火 箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。高空： 10000-20000米中空：5000-10000米低空： 5000米定义:传感器是收集、探测、记录地物电磁波 辐射信息的工具。 它的性能决定遥感的能力，即传感器对电 磁波段的响应能力、传感器的空间分辨率 及图像的几何特征、传感器获取地物信息 量的大小和可靠程度。传感器传感器的组成收集器：收集来自地物目标辐射的电磁波能 量。如透镜组、天线。探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电 能。如感光胶片、光电管等。处理器：将探测后的化学能或电能等信号进 行处理。输出： 将获取的数据输出。三、遥感的分

9、类1.根据遥感平台l 地面遥感：平台与地面接触，对地面、地下或水l 下所进行的遥感和测试。 平台为汽车、三角架、船舰等l 航空遥感：从空中对地面目标进行的遥感 平台为飞机或气球l 航天遥感：从外层空间对地球目标物所进行的遥感。 以卫星、火箭和航天飞机为平台 2.根据电磁波谱的分类l 可见光遥感l 红外遥感l 微波遥感l 多光谱遥感l 紫外遥感：处于探索阶段 3.根据电磁辐射来源的分类l 被动遥感：不利用人工辐射源，而是直接接收与记录目标物反射的太阳辐射或者目标物本身发射的热辐射和微波l 主动遥感：利用人工辐射源从平台上先向目上标发射电磁辐射，然后接收和记录目标物反射或散射回来的电磁波4.根据资

10、料的显示形式l图像方式遥感：把目标物发射或反射的电磁波能量分布以图像色调来表示l非图像方式遥感：记录目标物发射或反射的电磁辐射的各种物理参数，最后资料为数据或曲线图宏观性、综合性 覆盖范围大、信息丰富。一景TM影像为185185平方公里；影像包含各种地表景观信息，有可见的，也有潜在的。四、遥感技术特点多波段性 波段的延长使对地球的观测走向了全天候。 Space Imaging Space Imaging多波段图像Here is an example of three bands, green, red and near infra-red displayed separately as gra

11、yscale多波段图像多时相性 重复探测，有利于进行动态分析。五、常用的遥感数据1.陆地资源卫星数据 以探测陆地资源为目的的卫星叫陆地资源卫星。2.海洋卫星数据 海洋卫星主要用于海洋温度场，海流的位置、界线、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水团的温度、盐度、颜色、叶绿素含量，海冰的类型、密集度、数量、范围以及水下信息、海洋环境、海洋净化等方面的动态监测。3.气象卫星数据 气象卫星是广泛应用于国民经济领域和军事领域的一种卫星，是太空中的自动化高级气象站。它能连续、快速、大面积地探测全球大气变化情况。（1）美国陆地卫星(Landsat)；（2）法国陆地观测卫星(SPOT)；（3）美国的IKON

12、OS卫星；（4）美国的Quickbird卫星（5）欧空局地球资源卫星(ERS)；（6）加拿大Radarsat卫星；（7）中-巴地球资源卫星（CBERS）；（8）印度遥感卫星(IRS)； Landsat卫星原名地球资源技术卫星ERTS，是美国国家航空和航天局（NASA）发射的用来获取地球表面图像的一种遥感平台，以观察陆地环境和资源为主。 1) Landsat数据 Landsat卫星系列RBV:反束光导摄像机； MSS：多光谱扫描仪TM：专题制图仪；EYM+：增强专题制图仪Landsat-5成像装置参数传感器名称视场（km2)图像类型波段（um）地面分辨率TM185*170多光谱影像0.45-0.

13、5230米0.52-0.6030米0.63-0.6930米0.76-0.9030米1.55-1.7530米10.40-12.5120米2.08-2.3530米MSS185*170多光谱影像0.5-0.680米0.6-0.70.7-0.80.9-1.1 Landsat卫星部分轨道参数像片产品： 用户可以获取MSS、TM和ETM+的像片资料。 MSS和TM的数据是以景为单元构成的，每景约相当于地面上185km*185km的面积（landsat-7为185km*170km。）胶片产品: 胶片有透明胶片（负片和正片两种）及像片纸（正片）两种。胶片尺寸有70mm*70mm及240mm*240mm两种。数

14、字盘和数字磁带: 数字盘是以1.44兆软盘为介质的Landsat单波段数据。Landsat系列卫星的数据产品 2) SPOT数据 1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体某些国家，设计、研制了一颗名为“地球观测实验系统”(SPOT)的卫星，也叫“地球观测实验卫星”。到目前为止，已经发射了5颗卫星。 SPOT卫星部分轨道参数标称轨道高度832 km轨道倾角98.7运行一圈的周期101.46 min日绕总圈数14.19圈重复周期26 d SPOT卫星系列HRV:高分辨率可见光成像装置HRVIR：高分辨率可见光及红外成像装置VI:“植被”成像装置HRS:高分辨率立体成像装置 SPOT图像数

15、据处理质量标准分为四级五等即1A，1B，2，3，4.其中1A处理精度最低，4级处理精度最高。无论哪一级产品，都有胶片和CCT磁带两类产品，影像基本比例尺为1：40万。SPOT-5空间分辨率3) IKONOS数据 美国空间成像公司(Space-Imaging) 于1999年9月24日率先将IKONOS-2高分辨率(全色1m，多光谱4m)卫星发射升空，这是世界上第一颗商用1m分辨率的遥感卫星。IKONOS基本参数IKONOS产品技术指标 IKONOS卫星影像扫描面积有11km11km，130km56km，37km100km, 11km100km, 11km1000km等规格。 影像广泛用于精度相对

16、较高的城市内部的绿化、交通、地籍等的现状调查、规划、测绘地图等。2008年8月18日拍摄的IKONOS卫星影像 美国DigitalGlobe公司的高分辨率商业卫星，于2001年10月18日在美国发射成功。 QuickBird影像分辨率非常高，全色分辨率为0.61m，单景范围为 16.5 公里16.5 公里。4) QuickBird数据Quickbird成像参数5) GeoEye 数据 2006年1月，ORBIMAGE公司成功收购Space Imaging，创办了GeoEye，使GeoEye一举成为世界上最大的商业遥感卫星运营公司。 2008年9月6日，美国GeoEye公司、NGA(国家地理空间情报局)和Google联合投资研制的GeoEye-1卫星在美国加州范登堡空军基地升空于，成为全球分辨率最高的商业对地观测卫星。GeoEye-1 技术参数GeoEye-1影像参数2008年10月7日GeoEye-1拍摄的首张照片：位于美国宾夕法尼亚州的库茨敦大学鸟瞰图6）CEBRS数据CBERS计划是中国和巴西为研制遥感卫星合作